基于CMAC的過熱蒸汽溫度控制課件

基于CMAC的過熱蒸汽溫度控制研究姓名：蹇彪學(xué)號：指導(dǎo)老師：陳明杰HarbinEngineeringUniversity報(bào)告的主要內(nèi)容一、介紹課題研究目的、意義、背景二、介紹課題的主要研究內(nèi)容三、本課題的研究結(jié)論一、課題的研究背景及意義

在船舶蒸汽動力裝置中，過熱蒸汽溫度是鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，過熱蒸汽溫度過高，可能造成過熱器、蒸汽管道和汽輪機(jī)的高壓部分損壞;過熱蒸汽溫度過低，會引起熱耗上升，并使汽輪機(jī)軸向推力增大而造成推力軸承過載，還會引起汽輪機(jī)末級蒸汽溫度增加，從而降低蒸汽機(jī)的內(nèi)效率，加劇對葉片的侵蝕，所以將過熱蒸汽溫度控制在給定值附近是船舶蒸汽動力裝置的重要任務(wù)。1.1船舶過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)建模

大型鍋爐多采用噴水減溫方法來調(diào)節(jié)過熱氣溫，減溫器的安裝位置通常過熱器低溫段與高溫段之間，過熱汽溫控制對象劃分為兩部分：過熱汽溫導(dǎo)前區(qū)和過熱汽溫惰性區(qū)。減溫水流量擾動下汽溫特性如圖，可見其共同特點(diǎn)：存在較大遲延和慣性，由實(shí)驗(yàn)擾動曲線可以確定汽溫對象的近似傳遞函數(shù)可以用多節(jié)慣性環(huán)節(jié)來描述。

參考文獻(xiàn)[1]中具體數(shù)值，得到導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)傳遞函數(shù)。導(dǎo)前區(qū)：惰性區(qū)：內(nèi)回路的作用在于盡快消除擾動，主要消除來自減溫水側(cè)的內(nèi)部擾動；外回路的作用在于對出口汽溫進(jìn)行最終校正，使其等于給定值

由于汽溫對象調(diào)節(jié)通道存在遲延和慣性較大，單純根據(jù)主汽溫的偏差采用單回路調(diào)節(jié)方案來控制汽溫已難以滿足要求，而應(yīng)引入能夠提前反映擾動的導(dǎo)前信號，構(gòu)成多回路系統(tǒng)，目前采用最多的是串級汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。1.2基于傳統(tǒng)PID控制的過熱蒸汽溫度控制

傳統(tǒng)PID控制的特點(diǎn)

傳統(tǒng)PID控制器根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制。給定輸入為單位階躍信號，仿真時(shí)間1000s，在600s時(shí)加入幅值為1的蒸汽流量擾動，經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整PID參數(shù)，確定為P=4.5，I=0.08，D=100。從響應(yīng)曲線可以看到，系統(tǒng)在400s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，加入減溫水流量擾動后，在900s系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。1.3基于CMAC與PID的復(fù)合控制CMAC介紹CMAC-小腦模型關(guān)聯(lián)控制器(Cerebellummodelarticulationcontroller),是一種表達(dá)復(fù)雜非線性函數(shù)的表格查詢型自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其本質(zhì)上是一種映射復(fù)雜非線性函數(shù)的查表技術(shù)。CMAC與PID復(fù)合控制的系統(tǒng)仿真采樣時(shí)間ts=0.01s，CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)N=300，C=5，PID參數(shù)Kp=4.5，Ki=0.08,Kd=100輸入為幅值為1的階躍信號，仿真時(shí)間1000s，600s時(shí)加入幅值為1的減溫水流量擾動。從仿真結(jié)果曲線可以看出，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間ts=350s，，800s時(shí)重新達(dá)到穩(wěn)定。常規(guī)PID控制效果與基于CMAC與PID的復(fù)合控制效果對比并分析通過仿真結(jié)果可以看出，對于過熱蒸汽溫度串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用常規(guī)PID控制器結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，通過試湊法整定適當(dāng)PID參數(shù)后，系統(tǒng)穩(wěn)定且超調(diào)量滿足要求，只是調(diào)節(jié)時(shí)間較長，響應(yīng)速度較慢?？刂葡到y(tǒng)在減溫水?dāng)_動輸入下能夠恢復(fù)穩(wěn)定。三、研究結(jié)論

（1）引入能夠提前反映擾動的導(dǎo)前信號，構(gòu)成多回路系統(tǒng)，采用串級汽溫調(diào)節(jié)方案，建立了船舶過熱蒸汽溫度串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（2）設(shè)計(jì)了基于常規(guī)PID控制的過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)，通過仿真結(jié)果，可以看到常規(guī)PID控制器作為應(yīng)用最廣泛的控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但是在船舶過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的被控對象慣性和延遲較大，具有非線性、時(shí)變等特點(diǎn)下，存在響應(yīng)速度慢，調(diào)節(jié)時(shí)間慢，抗干擾能力差的缺點(diǎn)，難以取得較好控制效果。（3）采用基于CMAC與PID的復(fù)合控制策略，對CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與常規(guī)PID復(fù)合控制在過熱蒸汽溫度控制中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。通過SIMULINK仿真結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)CMAC與PID的復(fù)合控制具有更快的控制響應(yīng)速度，更好的跟蹤性能，具有更強(qiáng)的非線性逼近能力。在加入干擾的情況下，由于CMAC的加入，CMAC與PID復(fù)合控制算法能很快抑制擾動，波動較小而且調(diào)節(jié)時(shí)間相對較短。(4)PID參數(shù)的整定方面：常規(guī)PID